摘要
DNA作为一种具有良好结构可拓展性和序列可编程的生物材料，在构建生物基器件和智能材料领域有着重要的应用。近年来人们在研究核酸基材料过程中逐渐意识到，天然核酸构建的器件和材料在生物稳定性和功能拓展性上存在较大的短板，无法很好地满足稳定时空可控性和刺激响应性的要求。因此，开发具有高生物稳定性和精准物理调控性的核酸基材料具有重要的理论和现实意义。 本论文从静态到动态调控两个层面研究了非天然DNA的设计、合成及其在材料领域应用的可行性。在静态调控中，本文将与天然核苷酸互为镜像异构的L-构型脱氧核苷酸引入到DNA单分子i-motif序列中，研究了脱氧核苷酸手性反转对核酸二级结构形成与稳定性的影响。实验发现将 loop 区中的核苷酸替换为 L-构型的脱氧核苷酸后，对单分子i-motif结构的形成和热稳定性均无明显影响，证实loop区脱氧核苷酸构型对于单分子i-motif结构构象与稳定性影响较小。随后我们将C-tracts区的D-dC逐步替换为L-dC，研究发现单个 C-tracts 中脱氧核苷酸的手性翻转对单分子 i-motif 构象没有影响，两个C-tracts 中脱氧核苷酸的手性翻转导致单分子 i-motif 结构无法形成，而三个和四个C-tracts中脱氧核苷酸的手性翻转可形成手性翻转的单分子i-motif结构，上述结果证实dC的构型对于单分子i-motif结构的形成和构象具有决定作用。通过测量上述i-motif结构的熔点和计算解离焓值，我们发现在受限的空间内，互为镜像的D-dC和L-dC能够发生相互识别并形成稳定的C-C+碱基对。 在动态调控中，本文经过多次方案筛选及多步有机合成反应，制备了对365 nm光具有响应性的取代邻硝基苄醇和取代邻硝基苄胺，并以此为基础开发了具有光响应性的嘧啶类脱氧核苷亚磷酰胺单体。随后利用固相合成将其定点引入DNA中，制备了一系列具有光响应性的 DNA 序列。实验系统研究了光响应 DNA 的光解动力学，确定了光解条件。同时研究了光对 DNA 双链和四链结构形成的动态调控，实现了光控 DNA 结构的形成。实验进一步研究了光调控 DNA 超分子聚合的动力学行为，为 DNA 高层次组装提供了一种精准高效的调控策略。
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